单悬臂式标志结构设计计算书

单悬臂式标志结构设计计算书1设计资料1.1板面面数据1)标志板板A数据板面形状状：矩形，宽宽度W=3..3(m)，高度h=2..2(m)，净空H=5..5(m)标志板材材料：LF2-M铝。单位面面积重量：8.10((kg/m^^2)1.2横梁梁数据横梁的总总长度：5.48((m)，外径：152(mmm)，壁厚：8(mm)，横梁数目目：2，间距：1.45((m)1.3立柱柱数据立柱的总总高度：8.16((m)，立柱外径径：377(mmm)，立柱壁厚厚：10(mmm)2计算简图见Dwgg图纸3荷载计算3.1永久久荷载1)标志版版重量计算标志板重重量：Gb=A*ρ*g=7..26×8..10×9..80=5776.2999(N)式式中：A----标志板面积积ρ----标志志板单位面积积重量g-----重力加速度度，取9.80((m/s^22)2)横梁重重量计算横梁数目目2，总长度为5.48((m)，使用材料料：奥氏体不不锈钢无缝钢钢管，单位长长度重量：28.8339(kg//m)横梁总重重量：Gh=L*ρ*g*n==5.48××28.8339×9.880×2=33096.6698(N))式式中：L----横梁的总长长度ρ----横梁梁单位长度重重量g-----重力加速度度，取9.80((m/s^22)3)立柱重重量计算立柱总长长度为8.1588(m)，使用材料料：奥氏体不不锈钢无缝钢钢管，单位长长度重量：91.8774(kg//m)立柱重量量：Gp=L*ρ*g=8..158×991.8744×9.800=73455.515((N)式式中：L----立柱的总长长度ρ----立柱柱单位长度重重量g-----重力加速度度，取9.80((m/s^22)4)上部结结构总重量计计算由标志上上部永久荷载载计算系数1.10,则上部结构构总重量:G==K*(Gbb+Gh+GGp)=1..10×(5576.2999+30996.6988+73455.515))=121220.3644(N)3.2风荷荷载1)标志板板所受风荷载载标志板AA所受风荷载:Fwwb=γ0*γQ*[(11/2*ρ*C*V^^2)*A]]=1.0××1.4×[[(0.5××1.22558×1.22×25.5547^2))×7.266]=48778.8266(N)式式中：γ0----结构重要性性系数，取1.0γQ----可可变荷载分项项系数，取1.4ρ----空气气密度，一般般取1.22558(N*SS^2*m^^-4)C-----标志板的风风力系数，取取值1.20V-----风速，此处处风速为25.5447(m/ss^2)g-----重力加速度度，取9.80((m/s^22)2)横梁所所迎风面所受受风荷载:Fwwh=γ0*γQ*[(11/2*ρ*C*V^^2)*W**H]=1..0×1.44×[(0..5×1.22258×00.90×225.5477^2)×00.152××1.7111]=1311.117((N)式式中：C----立柱的风力力系数，圆管管型取值0.90W-----横梁迎风面面宽度，即横横梁的外径H-----横梁迎风面面长度，应扣扣除被标志板板遮挡部分3)立柱所所迎风面所受受风荷载:Fwwp=γ0*γQ*[(11/2*ρ*C*V^^2)*W**H]=1..0×1.44×[(0..5×1.22258×00.90×225.5477^2)×00.377××8.1588]=15550.1822(N)式式中：C----立柱的风力力系数，圆管管型立柱取值值0.90W-----立柱迎风面面宽度，即立立柱的外径H-----立柱迎风面面高度4横梁的设计计计算由于两根根横梁材料、规规格相同，根根据基本假设设，可认为每每根横梁所受受的荷载为总总荷载的一半半。单根横梁梁所受荷载为为：(标志牌牌重量)竖直荷载载:G4=γ0*γG*Gb//n=1.00×1.2××576.2299/2==345.7779(N))式式中：γ0----结构重要性性系数，取1.0γG----永永久荷载(结构自重)分项系数，取取1.2n-----横梁数目，这这里为2(横梁自自重视为自己己受到均布荷荷载)均布荷载载:ω1=γ0*γG*Gh//(n*L))=1.0××1.2×33096.6698/(22×5.488)=3399.147((N)式式中：L----横梁的总长长度(标志牌牌风荷载)水平荷载载：Fwbh==Fwb/nn=48788.826//2=24339.4133(N)4.1强度度验算横梁根部部由重力引起起的剪力为:QGG=G4+ω1*Lh=3455.779+3399.147××4.91=20111.5022(N)式式中：Lh-----横梁端部到到根部的距离离,扣除与立柱柱连接部分的的长度由重力引引起的弯矩:MGG=ΣGb*Lbb+ω1*Lh^^2/2=5766.299××3.3622+3339.1477×4.911^2/2=60227.8266(N*M))式式中：Gb-----每根横梁所所承担的标志志板重量Lb-----标志板形心心到横梁根部部的间距横梁根部部由风荷载引引起的剪力:Qww=Fwbbh+Fwhh=24339.4133+131..117=22570.5531(N))式式中：Fwbh-----单根横梁所所承担的标志志板所传来的的风荷载Fwh-----单根横梁直直接承受的风风荷载横梁根部部由风荷载引引起的弯矩:Mww=ΣFwbi**Lwbi+ΣFwhi**Lwhi=24339.4133×3.3662+1145.5558×0.7761=83112.2911(N*M))横梁规格格为φ152×8，截面面积A=3.6619×100^-3(mm^2)，截面惯性性矩I=9.441×10^^-6(m^^4)，截面抗弯弯模量I=1.2238×100^-4(mm^3)横梁根部部所受到的合合成剪力为:Qh=(QG^22+Qw^22)^1/22=(20011.5002^2+22570.5531^2))^1/2==32644.011((N)合成弯矩矩:Mh=(MG^22+Mw^22)^1/22=(60027.8226^2+88312.2291^2))^1/2==102667.8566(N*M))1)最大正正应力验算横梁根部部的最大正应应力为:σmax=MM/W=110267..856/((1.2388×10^--4)=882.9311(MPa))<[σd]=215(MMPa)，满足要求求。2)最大剪剪应力验算横梁根部部的最大剪应应力为:τmax=22*Q/A==2×32264.0111/(3..619×110^-3))=1.8804(MPPa)<[τd]=125(MMPa)，满足要求求。3)危险点点应力验算根据第四四强度理论，σ、τ近似采用最最大值即:σ4=(σmmax^2+3×τmax^22)^1/22=(822.931^^2+33×1.8004^2)^^1/2=82.999(MPa))<[σd]=2215(MPPa)，满足要求求。4.2变形形验算横梁端部部的垂直挠度度：fyy=ΣGb*lbb^2*(33*Lh-llb)/(γ0*γG*6*EE*I)++ω1*Lh^^4/(γ0*γG*8*EE*I)=3445.7799×3.3662^2×((3×4.991-3.3362)/((1.0×11.2×6××210.000×10^^9×9.441×10^^-6)+339.1147×4..91^4//(1.0××1.2×88×210..00×100^9×9..41×100^-6)=133.527((mm)式式中：Gb-----标志板自重重传递给单根根横梁的荷载载lb-----当前标志板板形心到横梁梁根部的间距距水平挠度度：fxx=ΣFwb*llb^2*((3Lh-llb)/(γ0*γG*6*EE*I)++ω2*L2^^3*(3LLh-l2))/(γ0*γG*6*EE*I)=24439.4113×3.3362^2××(3×4..91-3..362)//(1.0××1.2×66×210..00×100^9×9..41×100^-6)+76.611×1.7112^3×((3×4.991-1.7712)/((1.0×11.2×6××210.000×10^^9×9.441×10^^-6)=222.386((mm)合成挠度度：f==(fx^^2+ffy^2)^^1/2=(22.3386^2+13..527^22)^1/22=26..155(mmm)f/Lhh=0..0261555/4.991=0..0053<0.001，满足要求求。5立柱的设计计计算立柱根部部受到两个方方向的力和三三个方向的力力矩的作用，竖竖直方向的重重力、水平方方向的风荷载载、横梁和标标志板重力引引起的弯矩、风风荷载引起的的弯矩、横梁梁和标志板风风荷载引起的的扭矩。垂直荷载载：N=γ0*γG*G=1.00××1.20××121200.364==145444.4366(N)水平荷载载：H=Fwwb+Fwhh+Fwp==48788.826++262.2235+15550.1882=66691.2443(N)立柱根部部由永久荷载载引起的弯矩矩：MGG=MGhh*n=66027.8826×2==120555.6533(N*M))式式中：MGh-----横梁由于重重力而产生的的弯矩n-----横梁数目，这这里为2由风荷载载引起的弯矩矩：Mww=ΣFwb*HHb+ΣFwh*HHh+Fwpp*Hp/22=348802.2993+11870.6609+6323..452=429966.354((N*m)合成弯矩矩M==(MG^^2+Mw^^2)^1//2=(112055..653^22+429996.3544^2)^11/2=444654.5509(N**m)由风荷载载引起的扭矩矩：Mtt=n*MMwh=22×83122.291==166224.5811(N*m))式式中：Mwh-----横梁由于风风荷载而产生生的弯矩立柱规格格为φ377×110，截面积为A=1.1153×100^-2(mm^2)，截面惯性性矩为I=1.9943×100^-4(mm^4)，抗弯截面面模量为W=1.0031×100^-3(mm^3)，截面回转转半径i=0.113(m)，极惯性矩矩为Ip=3..885×110^-4((m^4)立柱一端端固定，另一一端自由，长长度因数μ=2。作为受压压直杆时，其其柔度为：λ=μ*Hp//i=2××8.1588/0.133=1266，查表，得得稳定系数φ=0.45575.1强度度验算1)最大正正应力验算轴向荷载载引起的压应应力：σc=N//A=144544.4436/(11.153××10^-22)(Pa))=1.2261(MPPa)由弯矩引引起的压应力力：σw=M//W=444654.5509/(11.031××10^-33)(Pa))=43..331(MMPa)组合应力力:σmax=σc+σw=1..261+443.3311=44..592(MMPa)σc/(φ*σσd)+σc/σd=1..261/((0.4577×215))+43.3331/2115=0..214<<1，满足要求求。2)最大剪剪应力验算水平荷载载引起的剪力力：τHmax==2*H//A=2××6691..243/((1.1533×10^--2)(Paa)=1..161(MMPa)由扭矩引引起的剪力：：τtmax==Mt*DD/(2*IIp)=116624..581×00.377//(2×3..885×110^-4))(Pa)==8.0666(MPaa)合成剪力力：τmax=τHmax+τtmax==1.1661+8.0066=99.227((MPa)<[τd]=1125.000(MPa))，满足要求求。3)危险点点应力验算最大正应应力位置点处处，由扭矩产产生的剪应力力亦为最大，即即σ=σmax=44.5992(MPaa),τ=τmax=9.2277(MPa))根据第四四强度理论:σ4=(σ^^2+3*τ^2)^11/2=((44.5992^2+33×9.2227^2)^^1/2=47.3669(MPaa)<[[σd]=2215(MPPa)，满足要求求。5.2变形形验算立柱顶部部的变形包括括，风荷载引引起的纵向挠挠度、标志牌牌和横梁自重重引起的横向向挠度、扭矩矩引起的转角角产生的位移移。风荷载引引起的纵向挠挠度：fpp=(Fwwb1+Fwwh1)*hh1^2*((3*h-hh1)/(γ0*γQ*6*EE*I)++Fwp11*h^3//(γ0*γQ*8*EE*I)=(48878.8226+2622.235))×7.1333^2×((3×8.1158-7..133)//(1.000×1.400×6×2110×10^^9×1.9943×100^-4)+15550.1882×8.1158^3//(1.000×1.400×8×2110×10^^9×1.9943×100^-4)=0.00151(mm)fpp/D=00.01511/8.1558=0..002<<0.011，满足要求求。立柱顶部部由扭矩标准准值产生的扭扭转角为：θ=Mt*hh/(γ0*γQ*G*IIp)=116624..581×88.158//(1.000×1.400)×79××10^9××3.8855×10^--4=0..0032((rad)式式中：G----切变模量，这这里为79(GPPa)该标志结结构左上点处处水平位移最最大，由横梁梁水平位移、立立柱水平位移移及由于立柱柱扭转而使横横梁产生的水水平位移三部部分组成。该该点总的水平平位移为：f==fx+ffp+θ*l1=0.0222+0.01151+0..0032××5.20==0.0554(m)该点距路路面高度为7.70((m)f//h=0..054/77.70=0.0077<1//60，满足要求求。由结构自自重而产生的的转角为：θ=My*hh1/(γ0*γG*E*II)=122055.6653×7..133/((1.00××1.20××210×110^9×11.943××10^-44)=0..0018((rad)单根横梁梁由此引起的的垂直位移为为:fyy'=θ*l1=0.00118×4.991=0..0086((m)横梁的垂垂直总位移为为:fhh=fy+ffy'=00.014++0.00886=0..022(mm)该挠度可可以作为设置置横梁预拱度度的依据。6立柱和横梁梁的连接连接螺栓栓采用六角螺螺栓12M14，查表，每每个螺栓受拉拉承载力设计计值[Nt]==17.599(KN)，受剪承载载力设计值[Nv]==25.066(KN)螺栓群处处所受的外力力为：合成剪剪力Q=3.2264(KNN)，合成弯矩M=10..268(KKN*M)每个螺栓栓所承受的剪剪力为：Nv=Q//n=3..264/112=0..272(KKN)以横梁外外壁与M方向平行的的切线为旋转转轴，旋转轴轴与竖直方向向的夹角：α=atann(MG/MMw)=aatan(66027.883/83112.29))=0.6627(raad)=335.95°°则各螺栓栓距旋转轴的的距离分别为为：螺栓1：y1=00.152//2+00.161××sin(00.627--1×0..2618))=0.1134(m))螺栓2：y2=00.152//2+00.161××sin(00.627++1×0..2618))=0.2201(m))螺栓3：y3=00.152//2+00.161××sin(00.627++3×0..2618))=0.2235(m))螺栓4：y4=00.152//2+00.161××sin(00.627++5×0..2618))=0.2226(m))螺栓5：y5=00.152//2+00.161××sin(00.627++7×0..2618))=0.1177(m))螺栓6：y6=00.152//2+00.161××sin(00.627++9×0..2618))=0.1101(m))螺栓7：y7=00.152//2+00.161××sin(00.627++11×00.26188)=0..018(mm)螺栓8：y8=00.152//2+00.161××sin(00.627++13×00.26188)=-00.049((m)螺栓9：y9=00.152//2+00.161××sin(00.627++15×00.26188)=-00.083((m)螺栓10：y10=0.1522/2+0.1611×sin((0.6277+17××0.26118)=--0.0744(m)螺栓11：y11=0.1522/2+0.1611×sin((0.6277+19××0.26118)=--0.0255(m)螺栓12：y12=0.1522/2+0.1611×sin((0.6277+21××0.26118)=00.051((m)螺栓3对对旋转轴的距距离最远，各各螺栓拉力对对旋转轴的力力矩之和为：：Mbb=N3*Σyi^2//y3其其中：Σyi^2==0.20094(m^^2)Σyi=11.14388(m)受压区对对旋转轴产生生的力矩为：：Mcc=∫σc*(2**(R^2--r^2)^^1/2)**(y-r))dy式式中：σc----法兰受压区区距中性轴y处压应力R----法兰兰半径，这里里为0.2111(m)r----横梁梁截面半径，这这里为0.0766(m)压应力合合力绝对值：：Nc=∫∫σc*(2**(R^2--r^2)^^1/2)ddy又又σc/σcmax=(y--r)/(RR-r)根据法兰兰的平衡条件件：Mb+Mcc=M，Nc=ΣNi，求解得：：N3=99.25(KKN)σcmaax=1.6694(MPPa)6.1螺栓栓强度验算((Nvv/[Nv]])^2++(Nmaax/[Ntt])^2))^1/2==((0..272/225.06))^2+(9.255/17.559)^2))^1/2==0.5226<11，满足要求求。悬臂法兰兰盘的厚度是是20mm，则单个螺螺栓的承压承承载力设计值值：Nc=0.0144×0.022×400××10^3==112((KN)，Nv=00.272((KN)<<Nc，满足要求求。6.2法兰兰盘的确定受压侧受受力最大的法法兰盘区隔为为三边支撑板板：自由边长长度：a2=(00.422--0.1522)×sinn(PI/44)=0..191(mm)固定边长长度：b2=(00.422--0.1522)/2=0.1355(m)b2/aa2=0..135/00.191==0.7007，查表，α=0.0888，因此该区区隔内最大弯弯矩为：Mmaxx=α*σcmax**a2^2==0.0888×1.6694×0..191^22=5.4417(KNNM)法兰盘的的厚度：t=((6*Mmaax/f)^^1/2=[6×54417.111/(2155×10^66)]^1//2=122.3(mmm)<llt=200(mm)，满足要求求。受拉侧法法兰需要的厚厚度：t={{6*Nmaax*Laii/[(D++2*Laii)*f]}}^1/2=={6×99250×00.085//[(0.002+2×00.085))×215××10^6]]}^1/22=100.75(mmm)<lt=220(mm))，满足要求求。6.3加劲劲肋的确定由受压区区法兰盘的分分布反力得到到的剪力：Vi=aRi*llRi*σcmax==0.1991×0.1135×1..694×110^6(NN)=433.672((KN)螺栓拉力力产生的剪力力为：V3=N33=9.225(KN))加劲肋的的高度和厚度度分别为：hRi=0.20((m),ttRi=00.02(mm)，则剪应力力为：τR=Vi/(hhRi*tRRi)=443671..7/(0..20×0..02)=10.9118(MPaa)设加劲肋肋与横梁的竖竖向连接焊缝缝的焊脚尺寸寸hf=00.01(mm)，焊缝计算算长度：lw=0..20(m))，则角焊缝缝的抗剪强度度：τf=Vi//(2*0..7*he**lw)=436711.7/(22×0.7××0.01××0.20))=15..231(MMPa)<<160((MPa)，满足要求求。7柱脚强度验验算7.1受力力情况地脚受到到的外部荷载载：铅垂力：：G=γ0*γG*G=11.0×0..9×121120.3664=110908..327(NN)水平力：：F=66991.2433(N)式式中：γG----永久荷载分分项系数，此此处取0.9合成弯矩矩：M=446654.5009(N*mm)扭矩：MMt=166624.5581(N**m)7.2底板板法兰受压区区的长度Xn偏心距：：e=M//G=444654.5509/100908.3327=44.094((m)法兰盘几几何尺寸：L=1.220(m)；B=1.000(m)；Lt=0..04(m))地脚螺栓栓拟采用16M30规格，受拉拉侧地脚螺栓栓数目n=8，总的有效效面积：Ae==8×5..61=44.888(cm^22)受压区的的长度Xn根据下式试试算求解：Xn^33+3**(e-L//2)*Xnn^2-6*n*AAe*(e++L/2-LLt)*(LL-Lt-XXn)=0Xn^33+8..681*XXn^2++1.0003*Xn-1.1163=0求解该方方程，得最佳佳值：Xn=0.3088(m)7.3底板板法兰盘下的的混凝土最大大受压应力验验算混凝土最最大受压应力力：σc=2*GG*(ee+L//2-LLt)/[B*Xn*(L-Lt-Xn/3))]=2×109908.3227×(4..094++1.200/2-00.04)/[1..00×0..308×((1.20-0.004-00.308//3)](PPa)=0.3122(MPa))<βc*fccc=(11.80×22.60//1.000×1.200)^0.55×11.990(MPaa)=23..501(MMPa)，满足要求求！7.4地脚脚螺栓强度验验算受拉侧地地脚螺栓的总总拉力：Ta==G*(ee-L//2+XXn/3)/(L-Lt-Xn//3)=109008.3277×(4.0094-1.20//2+00.308//3)/(1.200-0..04-0.3088/3)(NN)=37.1105(KNN)<nn*T0==8×855.83==686..64(KNN)，满足要求求。7.5对水水平剪力的校校核由法兰盘盘和混凝土的的摩擦所产生生的水平抗剪剪承载力为：：Vfb==k(G++Ta)=0.40××(10.9908+377.105))=19..206(KKN)>F=66.691((KN)7.6柱脚脚法兰盘厚度度验算法兰盘勒勒板数目为8对于三边边支承板：自由边长长a2==0.3113(m)，固定边长b2==0.222(m)b2//a2==0.7004，查表得：α=0..087,因此，M1==α*σc*(a22)^2==0.0887×3111562.5568×0..313^22=26660.7884(N*mm/m)对于相邻邻支承板：自由边长长a2==0.3113(m)，固定边长b2==0.3777(m)b2//a2==1.2007，查表得：α=0..121,因此，M2==α*σc*(a22)^2==0.1221×3111562.5568×0..313^22=36691.6334(N*mm/m)取Mmaax=mmax(M11,M2))=maax(26660.7844,36991.6344)=33691.6634(N**m/m)法兰盘的的厚度：t=(6*Mmmax/fbb1)^0..5=[[6×36991.6344/(2100×10^66)]^0..5(m))=100.3(mmm)<220(mm)),满足要求。受拉侧法法兰盘的厚度度：t={6*Na*Lai//[(D+Laii1+LLai)**fb1]]}^00.5={6×46638.1883×0.7783/[((0.03++0.5833+0.7883)×2110×10^^6]}^00.5(m))=8..6(mm))<200(mm),,满足要求。7.7地脚脚螺栓支撑加加劲肋由混凝土土的分布反力力得到的剪力力：